关于土力学课程考试相关问题的思考与建议

2018-05-02李亮杜修力

教育教学论坛 2018年16期

李亮杜修力

摘要：结合土力学课程的特点与教学目标，本文对该课程考试的方式与试题设计的问题进行了分析和讨论，提出了切合该课程特点的考试方式与试题设计原则，即：（1）采用开卷考试的方式；（2）增加计算的比重；（3）采用综合性的题目，在一个题目中覆盖多个知识点。此外，笔者本人也结合了教学实践对上述考试模式的实施效果进行了评价。

关键词：土力学课程；考试；试题设计；效果评价

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）16-0204-03

一、土力学课程的性质与教学目标

土力学课程是土木工程专业本科生的专业基础课，一般在第三学年的第一学期开设，总学时为40学时左右（含6—8学时试验教学内容）。该课程在土木工程专业的课程体系中占有较为重要的地位，是众多专业课程，如地基基础、墩台基础、路基工程、地基处理等的基础和先修课程。该课程的教学目标为：通过本课程学习，学生掌握了土力学的基本概念、基本原理和土力学问题的基本计算分析方法，了解土的成因和分类方法，熟悉土的基本物理力学性质，掌握土的渗透变形与破坏、地基沉降、抗剪强度、地基承载力、土压力以及土坡稳定等典型问题的计算和分析方法，掌握一般的土工试验方法，培养应用土力学的基本原理和方法解决实际工程问题的能力，为今后从事土木工程相关的设计、施工和计算分析工作奠定良好的基础。同时，通过本课程的学习，力求培养学生的工程意识，使其具备土木工程师所应有的基本素质和修养。

二、土力学课程的内容及教学目标的重点

土力学是研究土体在周围环境与荷载作用下，土体中的应力、应变、强度或稳定性及渗流规律的一门学科。土力学课程的内容围绕土力学所研究的主要问题，即土体的强度、变形、稳定以及渗流展开。以笔者所在的北京工业大学建筑工程学院土木工程专业所使用的四校合编的土力学教材为例，全部教学内容分为10章。第1章：土的组成，主要介绍土的形成原因，构成土体的三相物质组成，每种物质成分对土体物理力学性质的作用以及土的微观和宏观结构；第2章：土的物理性质及分类，主要介绍描述土的物理性质的指标，包括其试验测定和计算方法，以及根据这些指标对土进行工程分类的方法；第3章：土的渗透性及渗流，主要介绍土中水的渗透特性及其规律的数学描述方法；第4章：土中应力，主要介绍在各种外荷载作用下土体中应力的计算方法，是土体强度与变形计算的基础；第5章：土的压缩性，主要介绍描述土的压缩性的指标及其试验测定方法；第6章：地基变形，主要介绍地基沉降的计算方法；第7章：土的抗剪强度，主要介绍土的抗剪强度理论，土的抗剪强度指标的试验测定方法及其工程应用；第8章：土压力，主要介绍各种土压力的基本概念，各种土压力理论的基本原理和计算方法；第9章：地基承载力，主要介绍确定地基承载力的基本的理论基础和计算方法；第10章：土坡和地基的稳定性，主要介绍土质边坡和地基稳定性分析的方法。在以上的各章内容中，除第1章为概念和知识的介绍，不涉及计算的内容以外，其余的各章均包含了计算的内容，即应用一定的原理和方法，对与土力学相关的某一问题进行计算和求解。因此，土力学是一门以计算为主的课程，这是该课程的特点。

针对土力学课程的特点，笔者认为本课程的教学目标应着眼于以下两个方面：一是对基本概念的理解，二是对计算方法与过程的掌握，其中第二个方面更为重要。在该课程的教学过程中，应注重培养和训练学生的计算能力，包括解题思路的清晰度，计算过程的熟练度以及准确性。这是本课程教学要求与教学目标的重点。同时，上述要求也是应对注册岩土工程师考试的基础。因为在注册岩土工程师的专业考试中，考生需要在3个小时的时间里，完成25道计算题，扣除预留的填涂答题卡的时间，用于每道计算题的实际解题时间大约仅有7分钟，因此明确解题思路，熟练掌握计算过程就显得至关重要。

三、对土力学课程考试有关问题的建议

在教学活动的各个环节中，考试是检验和评价教学效果的重要手段和途径，是评判教学质量的关键依据和指标，占有十分重要的地位。考试的方式与考试内容应根据每门课程的特点进行具体的设计。基于上述原则，并结合自身土力学课程的教学实践，笔者对该课程考试相关问题的建议如下：

1.关于考试的方式。目前针对大学本科生的课程考试主要采用开卷和闭卷两种形式。笔者早年曾有幸聆听我国著名土木工程专家，清华大学江见鲸教授关于土木工程专业教学问题的专题报告。他在报告中指出，土木工程专业的主干专业课程的考试应遵循“知识少考，闭卷少用”的原则。以笔者个人的理解，该原则的出发点是土木工程的主干专业课应重点培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，而不是简单地满足于对知识的记忆。而课程考试的具体形式和内容应该与上述要求相适应。作为土木工程专业重要的专业基础课程，土力学课程的考试也应遵循上述的原則，即尽可能采用开卷考试的形式，并以考核学生应用土力学的基本知识和原理对实际问题进行计算和分析的能力为重点，而不是简单地考查学生对于知识的记忆。这是与该课程的教学目标的重点相适应的。这将对学生学习土力学课程产生良好的导向作用，促成该课程教学目标更好地达成。

2.关于试题的设计。土力学是一门以计算为主的课程，该课程考试试题的设计应体现这一特点。笔者认为土力学课程考试试题的设计应遵循如下两个原则：一是尽量加大计算题的比重，尽量减少知识性与概念性题目（如名词解释等）的比重。即使是以概念性题目的形式出现的考题（如填空题），也应该多加入计算的内容；二是应尽量设计综合性的题目，尽可能在一个题目中覆盖多个知识点。采用开卷考试的形式，赋予了学生较大的自由度，学生可以携带与考试相关的教材和参考资料。试卷中不必给出解题计算所需要的各种表格（如应力系数表），学生可在解题过程中自行翻阅教材或资料进行查找。在考试时间固定的前提下，可以适当加大考试的题量。这样，虽然采用开卷考试的方式，但考试的难度并没有降低，反而有所提高，对学生解题的熟练程度和准确性提出了更高的要求。学生需要在看到题目后尽快地明确解答的过程和思路，并在尽可能短的时间内完成解题的各个步骤（含必要的查表）的计算过程，得到正确的计算结果。这个过程尽量要一次完成，不能出现大的修改和返工。只有这样，才能在有限的考试时间内，完成所有考试题目的解答，获得理想的考试成绩。这样的考试更具有区分度，只有扎实掌握了土力学的基本原理和计算方法，并同时具有熟练敏捷和准确无误的计算能力的学生，才能在考试中获得较高的分数。同时，上述要求也与学生在未来将要面对的注册岩土工程师专业考试的要求不谋而合。

笔者在土力学课程的教学实践中，已经开始尝试采用开卷考试的形式，并通过加大试题题量和增加需要计算的题目的比重来加强对学生计算能力的培养，并体现考试的区分度。以笔者所出的一份土力学课程的考试卷为例，该试卷共分为三部分，满分100分。第一部分填空题30分，第二部分简答与分析题10分，第三部分计算题60分。在该试卷的全部题目中，涉及到计算的题目占到总体的77%，纯概念和知识性的题目仅占到总体的23%。其中，第一部分填空题中也有相当数量的题目需要通过计算完成，可以视为小型的计算题，只要求学生直接给出计算结果，不需要给出计算过程。

笔者同时尝试采用综合性的题目对学生进行考核，即在一个题目中尽可能覆盖多个知识点。以考核学生对土力学各部分知识的综合理解与应用的能力。这一点也是国内从事土力学教学工作的同行们的共识。如在一个题目中同时考核基底压力计算和地基附加应力计算的角点法（可包含相邻基础的影响），或在计算朗肯土压力的题目中同时包含三种特殊情况，即土体成层，土层表面作用均布荷载和土层中含有地下水。分层总和法计算地基沉降的题目涉及众多知识点，如自重应力计算，基底压力计算，附加应力计算的角点法，土体压缩变形计算以及沉降计算深度的确定等，是典型的综合性的题目，建议在考试中考核这方面的题目。鉴于分层总和法计算地基沉降的计算过程较为复杂，计算工作量较大，可以根据授课过程中的例题和习题的解题过程，将题目设计为列表计算的形式，并适当给出部分计算结果，让学生完成剩余计算过程并给出最终的地基沉降的计算结果。此外，作为土力学中重要的基础性的知识，土的三相比例指标的计算可以与很多其他的知识点进行组合构成综合性的计算题目，如无黏性土相对密实度的计算和密实度状态判别，土中水的渗流力计算，有效应力原理的应用，以及土的压缩性指标的计算等。

3.实施效果的自我评价。笔者迄今为止已经承担了7届9个班次的土力学课程的教学任务，对其中的6届8个班次采用本文中论述的原则和方法进行该课程的考试。在试题难度基本保持稳定的情况下，各班次学生的卷面成绩的平均值最低为74.73分，最高为85.44分。各班次不同成绩分段的百分比如表1所示。

由表1中数据可知，成绩为优秀（90—100分）所占比例最高为36.11%，最低为3.33%；成绩为良好（80—89分）所占比例最高为61.76%，最低为24.14%；成绩为中等（70—79分）所占比例最高为37.93%，最低为9.68%；成绩为及格（60—69分）所占比例最高为26.67%，最低为0；有3个班次出现了少数的不及格成绩。由表中数据可知，各个班次不同成绩分段的比例存在一定的差异，这反映了不同班次对本课程的学习水平的差异，也与不同班次整体的学业水平相关。总体而言，在采用本文论述的考试模式的条件下，大部分学生可以获得良好和中等的成绩。笔者在所出的考卷中，尽量将分数进行平均分配，避免出现一个题目分数过高的情况，以分散风险。在判卷时根据学生的计算步骤给分，只要解题步骤正确完整，即可得到该题目的大部分分数。同时，这种考试的模式可以获得一定的成绩区分度，能够反映学生對本课程的学习水平，即对其知识的掌握程度和计算能力的培养进行较为客观的评判。另一方面，获得优秀成绩的学生的比例总的来说不是很高，平均为21.34%，这反映了在这种计算工作量比较繁重的考试条件下，获得高分的难度有所提高。只有熟练掌握了土力学问题的求解方法与步骤，能对各部分知识进行综合运用，并能在较短时间内准确地完成计算过程的学生，才能在考试中获得较高的分数。

从各个方面进行综合考量，笔者认为本文中建议的开卷考试，加大计算量并采用综合性题目的考试模式能够切合土力学课程的特点，是一种比较合理的课程考核方式，应在土力学课程的教学实践中得以应用。这种方法可以对学生的学习水平和能力进行综合的考核和评判，能够对课程的教学效果给出比较客观的考核和评价。

四、结语

本文结合土力学课程的特点与教学目标，对该课程考试的方式与试题设计的问题进行了分析和讨论，提出了切合该课程特点的比较合理的考试方式和试题设计原则，可以概括为以下三方面：

1.采用开卷考试的方式；

2.增加计算的比重，加强对计算熟练程度和准确性的考核；

3.采用综合性的题目，在一个题目中覆盖多个知识点。

结合笔者自身的教学实践经验对上述考试模式实施效果的评价表明，在土力学课程的教学实践中应用上述的考试模式，可以对该课程的教学效果进行比较客观的考核和评判，更好地发挥考试环节对于教学过程的评价作用。

参考文献：

[1]张克恭，刘松玉.东南大学，浙江大学，湖南大学，苏州科技学院.土力学（第三版）[M].中国建筑工业出版社，2010.

[2]赵成刚，白冰，等.土力学原理（修订本）[M].清华大学出版社，北京交通大学出版社，2009.

[3]王军军.基于注册考试对土力学课程教学改革的设想[J].科技经济导刊，2016，（30）：157.

[4]唐洪祥，郭莹，王忠涛，赵维.浅谈土力学课程教学质量控制[J].教育教学论坛，2016，（42）：226-227.